大型線節能環保新舉措

張海生，孫少華，劉 楊，劉 凱，王君珂

（唐山中厚板材有限公司型鋼部，河北 唐山 063000）

唐鋼中厚板型鋼線步進式加熱爐采用煤氣、空氣雙蓄熱燃燒、集中換向控制技術；平均CO排放濃度2.4～3.1萬mg/m3。

由于蓄熱式燃燒特殊的工藝特點，在燃燒換向時，煤氣噴口和換向閥之間管道的煤氣會被直接排到大氣中，不僅污染了周邊環境，而且也造成煤氣浪費。

經現場儀表監測，換向工藝過程中，通過煤氣側排煙損耗2640 m3/h高爐煤氣，一天約損耗6.336萬m3的高爐煤氣，通過煙氣反吹工藝對盲區煤氣進行吹掃置換，可解決煤氣浪費以及CO向大氣排放造成的環境污染問題。

1 型鋼部產線簡介及現狀

唐鋼中厚板材有限公司擬建設一條大型型鋼生產線，年生產型鋼成品80萬t。生產線配置步進梁式加熱爐2座。

該生產線布置在中厚板現有軋鋼廠的西部，從西向東依次布置連鑄機、加熱爐、軋機等。

唐鋼中厚板型鋼生產線選擇連鑄-熱送-連軋的工藝路線，生產主要產品有：角鋼、槽鋼、工字鋼、礦用U型鋼、球扁鋼、L型鋼、乙字鋼、圓鋼、方鋼、U型鋼板樁等。

現型鋼部產線加熱爐建成1座，還有1座待建，其中由于采用現有加熱工藝，在換向間隙有大量的CO排向大氣，既造成了環境的破壞又浪費了能源。

2 煙氣反吹工藝

由煤煙煙道抽取一定數量的煙氣，經反吹風機加壓后通過反吹系統管道輸送至各煤氣三通閥下部的煤氣/煙氣共用箱體中，在煤氣三通閥由供氣狀態切換至排煙狀態前，將共用管道中的殘留煤氣吹掃進入爐膛進行二次燃燒，然后再正常進入排煙狀態，二次燃燒既節約了能源又降低煙氣中CO含量，減少環境污染。

2.1 蓄熱式加熱爐現狀分析

蓄熱燃燒技術已經普遍應用于各種類型的工業爐窯，該燃燒技術可以使低熱值煤氣如高爐煤氣、轉爐煤氣、發生爐煤氣等通過蓄熱技術直接用于坯料加熱，無需摻混其他高熱值煤氣，且蓄熱燃燒技術可以實現煙氣的極低溫度排放，最大程度上實現了余熱回收，達到節能效果。

然而，應用蓄熱燃燒技術的加熱爐，普遍存在的問題：每次換向閥切換，一組（側）燒嘴由燃燒狀態轉變成排煙狀態時，換向閥到蓄熱式燒嘴之間的煤氣就會被排煙系統抽走，該區域我們稱之為“公共區域”；只要是采用蓄熱燃燒技術的加熱爐，該問題即普遍存在，因為蓄熱燃燒是以換向閥的頻繁換向為基礎，利用燒嘴內的蓄熱體來儲存熱量并實現極限回收的，所以，換向閥至燒嘴之間的“公共區域”是必然存在的。

2.2 產生問題及潛在風險

煤氣直接排出而無法得到有效利用，造成能源的浪費和企業生產成本的增加。

煤氣直接排出會造成大氣污染，在環保壓力日趨嚴峻的今天，這必將會對企業的發展產生影響。

煤氣介質一般會含硫等物質，混合在煙氣中，會對管路系統、閥門等元件造成腐蝕和損壞。

瞬間排煙過程存在爐內高溫煙氣與燒嘴內的煤氣混合的可能，當煙氣中含氧量過高時，容易與蓄熱體內的煤氣發生二次燃燒，造成蜂窩體燒熔、斷裂、變形以及扭曲，最終導致堵塞。

2.3 反吹系統的優點

根據換向時間計算，約可節能2%～3%，此部分煤氣全部送入加熱爐爐內進行燃燒，一定程度上利于降低能源消耗，降低生產運營成本。

由于公用管的煤氣全部被吹入爐內，故最大程度上降低現有的集中換向加熱爐的CO排放問題，滿足環保監測要求；（如果加熱爐爐內燃燒狀態良好，基本可實現CO的零排放）。

延長蜂窩體使用壽命當燃燒側燃燒結束后，煤氣燒嘴和煤氣管道內存在大量的煤氣，燃燒變排煙狀態后，煙氣中有未參與燃燒的空氣（根據加熱爐燃燒情況空氣數量不等），與煤氣燒嘴內和煤氣管道中的煤氣混合，達到燃燒所需的條件后（溫度、空間和混合比例），會產生二次燃燒現象，此火焰瞬間溫度可達1000℃多，當每換向一次便有可能出現一次二次瞬間燃燒，造成蜂窩體前端的損壞現象，以至于最終影響加熱爐的正常運行，被迫停產維修。而利用反吹技術之后，此情況將不復存在。

利用煙氣反吹的方案對爐內氮氧化物的生成無任何額外影響，且相對氮氣吹掃方案，該方案無論是生產運營還是操作更為安全簡便。

3 煙氣反吹系統應用及效果

3.1 原有系統密封性要求

蓄熱燃燒技術中的頻繁換向技術，強化了加熱爐內的爐氣循環,均勻爐子的溫度場,提高了加熱質量。

由于本項目屬于改造項目，在保證施工工期及改造費用的前提下做最小改動，保留原有兩位三通閥，因此對原有兩位三通閥密封圈進行更換，保證其中煤氣及煙氣密封性良好，無泄漏，新增兩通閥與三通閥相連接保證煙氣回流，對整套三通閥組、兩通閥組密封性要求更高。該換向技術所使用的換向閥，需要考慮其密封性能（尤其是長時間使用后），因為正常排煙時，換向閥內漏也會造成煤氣直接從排煙系統排出造成能源浪費和環境污染，系統連接圖如圖1所示。

圖1 系統連接圖

3.2 安全性保證

新增煙氣反吹系統系統管路中介質為加熱爐煙氣，其安全性必要性必須得到嚴格保障，因此在程序設計中必須要考慮與其相關因素做連鎖保護，有效地保證在不滿足條件的前提下整個煙氣反吹系統及時切出，防止對原加熱爐燃燒系統造成影響及安全危害。

3.2.1 設置可靠切斷裝置

設置管網可靠隔斷裝置，在吹掃風機的入口安裝手動金屬密封蝶閥、風機出口的“煙氣反吹煤氣”管道上安裝電動蝶閥、氣動快切閥、氣動調節閥等設備，保證系統離線時與原煤煙系統隔絕開，吹掃風機可獨立檢修。

3.2.2 配套安全聯鎖保護功能

1）爐溫連鎖。爐溫低于650℃時，系統自動切出并禁止投入運行。

2）系統工作狀態連鎖：當反吹系統的工作壓力低于下限時，系統自動切出。

3）反吹風機連鎖。當反吹風機故障或異常停止時，系統自動切出。

4）煙氣中O2及CO值連鎖，煙氣中的殘氧含量和一氧化碳含量分別≥8%和10%時，系統自動切出。

5）加熱爐換向閥故障連鎖：當某個燒嘴停用或處于故障狀態時，系統自動停止該燒嘴的反吹，其他換向閥反吹正常運行。

6）反吹閥故障連鎖：當反吹閥門故障時，系統自動停止該燒嘴反吹。

3.2.3 安全報警功能

當風機、切斷閥、燒嘴等設備出現故障，或者反吹煙氣中CO或O2達到報警值時，系統彈出報警并自動切換到正常燃燒程序，提示操作人員查找問題。

吹掃管道上設置氮氣置換系統，當系統啟停時對管道進行吹掃置換，設計獨立放散管，放散管伸出廠房，出口高于廠房頂4 m。

3.3 煙氣反吹系統效果

改造前加熱爐在進氣與排煙換向瞬間煙氣中w（CO）排放峰值達到30000×10-6～40000×10-6，新增煙氣反吹系統后，有效的降低了CO排放量，通過將公共區域的煤氣反吹進爐膛內進行二次燃燒，避免了煙氣排放中峰值的出現，將煙氣中w（CO）排放量控制在2500×10-6之內，實際投入運行后數據如下頁圖2所示，同時由于部分煤氣進行二次燃燒，有效的節約了能源，降低煤氣消耗約3%，降低成本，增加了市場競爭力。

圖2 投入運行后數據圖

4 結語

隨著國家節能減排及環保意識的要求不斷完善與提高，鋼鐵企業也在加大投入環保投入，加熱爐管理應當、準確的把握加熱爐的節能改造和管理，滿足環保要求前提前提下通過一些技術改造的改進達到環保及節能降耗的目的。

加熱爐是軋鋼廠的主要能耗設備，降低加熱爐能耗可以降低生產成本，增加企業效益。

近年來加熱爐節環保新技術發展迅速，同時兼顧節能降耗，并得到廣泛應用。